（油气田开发工程专业论文）曹台潜山高凝油藏蒸汽吞吐工艺注采参数优化.pdf

英文摘要 l 一一_ 一 s u b j e c t ： o p t i m i z a t i o no fs t e a ms t i m u l a t i o ni n j e c t i o n p r o d u c t i o n p a r a m e t e r si n c a o t a ib u r i e dh i l lh i g hp o u rp o i n to i lr e s e r v o i r s p e c i a l i t y ：o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g n a m e ：y uj i u z h e n g ( s i g n a t u r e ) i n s t r u c t o r ：l i uy i f e i ( s i g n a t u r e ) a b s i r a c 。i 。 c a o t a i b u r i e dh i l l1 1 i 曲p o u rp o i n to i lr e s e r v o i ri s f r a c t u r e db u r i e dh i l lf a u l t - b l o c k r e s e r v o i r , w h e r et h eo r i g i n a lo i li np l a c ei s7 6 5 10 4 t ，a n di ti so n eo f t h el a r g e s tu n i t so ff i r s t d e g r e ep r o d u c t i v er e s e r v e so fs h e n y a n gr e s e r v o i r i t s r e s e r v o i rr o c ki sc o m p r i s e do fo l d m e t a m o r p h i c l i t h o l o g yi sc o m p a c t r e s e r v o i rp o r e sa r eu n d e r d e v e l o p e d m a t r i xp e r m e a b i l i t y i sl o w f r a c t u r e sa r ed e v e l o p e db u tn o n h o m o g e n e i t y i n t e r a c t i v ep e r c o l a t i o ni s d i f f i c u l t b e t w e e nm a t r i xa n df r a c t u r e r e s e r v o i rh e t e r o g e n e i t yi ss t r o n g c a o t a ib u r i e dh i l lh i 幽p o u r p o i n to i lh a sh i g hp a r a f f i nc o n t e n t ，h i 曲f r e e z i n gp o i n ta n dh i g hv i s c o s i t y , a n d i se a s i l y i n f l u e n c e db yc o l dh a r m r e s e r v o i rt e m p e r a t u r ei sl o wa n dn a t u r a le n e r g yi si n s u f f i c i e n t ，s o c r u d eo i li si nc u r d l e da p p e a r a n c eo rs e m i - f l u i d i t yt y p e t h ec o m p r e h e n s i v ef u n c t i o no f t h e s e f a c t o r sb r i n g sd i f f i c u l t i e st or e s e r v o i rd e v e l o p m e n ta n dm a k e st h er e s e r v o i rn o tp r o d u c t f o r m a l l y t h ep a p e ru s e sr e s e r v o i rn u m e r i c a ls i m u l m i o na n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t sm e t h o d st o a n a l y z et h eg e o l o g i cf e a t u r e sa n df l u i df e a t u r e so fc a o t a ib u f f e dh i l lh i g hp o u rp o i n to i l r e s e r v o i r , u n d e rt h eg u i d a n c eo fr e s e r v o i re n g i n e e r i n g ，p e r c o l a t i o nm e c h a n i c sa n dh e a ta n d m a s st r a n s f e rt h e o r i e s a c c o r d i n gt ot h eg e o l o g i c a ld a t aa n dp r o d u c t i o nd y n a m i cd a t ao ft h e d e v e l o p e dw e l l s ，b u i l d ss i n g l e w e l ln u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e la n dc a r r i e so u tp r o d u c i n g h i s t o r ym a t c h i n g f o rt h ep r a c t i c a lp r o b l e m so fc a o t a ib u r i e dh i l lh i g hp o u rp o i n t o i lr e s e r v o i r , s u c ha sp o o rr e s e r v o i rp r o p e r t y , c r u d eo i lf l u i d i t yd i f f i c u l t ya n ds oo n ，d o e sv e r t i c a lw e l l ， h o r i z o n t a lw e l la n df r a c t u r i n gv e r t i c a lw e l ls t e a ms t i m u l a t i o nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，b a s e do n t h ep r e e x i s t i n gc o n d i t i o n ，o p t i m i z e ss t e a ms t i m u l a t i o nr e a s o n a b l ei n j e c t i o n 。p r o d u c t i o n p a r a m e t e r sw h i c ha l e f i tf o rc a o t a ib u r i e dh i l lh i 曲p o u rp o i n to i lr e s e r v o i r , a n dm a k e s c o m p a r a t i v ea n a l y s i st od e v e l o p m e n te f f e c to ft h et h r e em e t h o d s t h er e s e a r c hh a sp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ea n ds o m eg u i d i n gf u n c t i o nt od e v e l o pc a o t a i b u r i e dh i l lh i g hp o u rp o i n to i l r e s e r v o i r k e y w o r d s ：c a o t a i b u r i e d h i l l ，h i g h p o u rp o i n to i l ，s t e a m s t i m u l a t i o n ， i n j e c t i o n p r o d u c t i o np a r a m e t e r , o p t i m i z a t i o n t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： n c 2 2 ) 正构烷烃尤为突出。 通过以上各项特征表明：曹台潜l ij 原油属于典型高蜡、高凝原油；原油饱和烃中正 构烷烃系列完整，未发现降解生物标志物，基本上属于未发生次生降解的正常性原油。 从以上原油的主要地化特征中可以明显看出，原油母质的生源物主要与高等陆植碎 第二三章曹台潜山高凝油汕减流体特征分析研究 片有关，但也有少部分低等藻类的参与，二者共同组成了混合型有机质类型。由于高等 植物富含生物蜡，生物蜡中链状脂族结构与高碳数正构烷烃极为相似。前人实验室模拟 已证实了植物蜡很容易向高碳数正构烷烃转化。因此不难确认，潜山原油中，高蜡与生 物中大量生物蜡有关。在合适的成油条件下，生物蜡向高碳数正构烷烃转化，最终导致 了高蜡原油的形成。 3 1 2 地层水性质 对油藏地层水取样分析可知，油藏地层水矿化度的变化范围为1 8 6 8 9 2 m g l 6 2 1 6 7 7 m g l ，水型为n a h c 0 3 型。其离子含量见水分析参数表3 1 所示。 表3 1 曹台潜山油藏水分析参数表 曹2曹6曹1 8曹1 9曹2 0曹2 l曹2 2 取样井段 1 7 3 6 2 2 1 2 0 61 4 ll 一1 4 7 51 6 2 3 1 7 0 01 4 9 2 1 4 5 31 7 2 7 1 7 6 61 5 3 5 1 5 1 21 3 1 2 一1 3 6 4 n a + + k +7 9 5 85 8 5 3 51 7 0 21 6 5 9 4 58 1 4 26 3 0 7 57 4 5 2 m 9 2 + 2 4 37 0 5 38 5 1 22 3 14 0 1 34 8 61 9 4 6 c a 2 +4 0 l3 2 0 62 0 0 48 2 1 68 2 1 68 0 28 2 1 6 c 1 3 3 6 8 73 6 3 4 77 9 7 93 2 8 0 12 6 62 8 3 6 84 5 2 1 2 s 0 4 。 7 2 0 5 7 6 8 5 6 7 2 46 7 2 46 2 4 46 2 4 44 8 h c 0 3 1 4 1 6 4 81 0 9 8 3 61 2 6 6 1 73 9 9 6 8 l2 1 1 9 8 9 3 0 5 61 4 1 8 7 2 c 0 3 一o 9 0 06 01 3 57 56 0 总矿化度 2 6 7 5 6 42 3 1 6 6 21 8 6 8 9 26 2 1 6 7 73 3 7 2 5 l1 9 6 8 3 l2 7 8 2 4 6 水型n a h c 0 3 n a h c 0 t n a h c 0 3n a h c 0 3n a h c 0 3 n a h c 0 3 n a h c 0 3 3 1 3 天然气性质 天然气相对密度0 6 3 4 4 ，甲烷含量8 9 5 9 ，乙烷含量2 3 9 ，丙烷含量1 5 4 ，丁 烷含量0 5 4 ，含氮3 4 3 ，二氧化碳1 4 7 。 3 2 曹台潜山高凝油的流变特性 曹台潜i jj 高凝油的流变曲线特征体现了蜡晶高强度的结构特性。 在不同温度下曹台潜山高凝油的流变曲线如图3 2 所示，曲线l 为高凝油在5 l 条 件下的流变曲线。从曲线l 可以看出，当剪切应力达到某一值时才会出现剪切变形，这 说明在这一时刻破坏了蜡的结构，原油开始逐渐流动起来；在这一阶段以后，随着剪切 速率的增加，由于蜡的结构逐渐受到剪切破坏，出现了相应剪切应力值逐渐减小的一个 过程；当剪切应力的值降到最低点，即蜡的结构完全被破坏时，随着剪切速率增加，剪 切应力逐渐增大，此时原油的流动特点表现出假塑性流体的流动特征。 曲线2 是高凝油在5 6 条件下的流变曲线，此时原油的流动近似地表现为屈服一假 塑性流体流动特征，这说明蜡的结构受温度影响很大，升高温度可以破坏蜡的高强度结 构。可用方程( 3 一1 ) 来表示其流变模式： r = 0 2 8 - i - 0 1 9 7 o 8 3 ( 3 1 ) 西安石油大学硕二j ：学位论文 式中，f 剪切应力( p a ) ； ，剪切速率( s - 1 ) 。 曲线3 表示高凝油在6 0 。c 时的流变曲线，此时蜡已经溶解在原油里面，除少量的沥 青和胶质外，原油基本上呈液态单相体系，接近牛顿流体的流动特性，其流变模式为： f = 0 0 2 7 8 7 + 0 0 0 0 8 ( 3 - 2 ) 勺 e r 趟 尽 ：碌 8 6 4 2 0 2 2 2 0 1 8 1 6 勺1 4 口_ r 1 2 型i 0 辐：8 0246 剪切速率( i s ) 图3 2 曹台潜山高凝油流变曲线 05i 01 5 2 0 2 5 3 0 3 54 04 5 5 05 5 剪切速率( t s ) 图3 3 曹台潜山高凝油的触变特性曲线 第三章曹台潜山高凝油油藏流体特征分析研究 在较低温度下，曹台潜山高凝油具有触变性，流变曲线上存在滞回圈( 如图3 3 所 示) 。图3 3 中曲线由上至下的实验温度依次为5 l 、5 6 、6 0 。从图3 3 中可以看出， 当实验温度为5 i 时，流变曲线的形态较好的表现了高凝油的触变性：当原油一开始受 到剪切变形时，剪切应力并不随着剪切速率的变化而成正比例变化；当剪切速率增大到 一定的值而逐渐减小时，流变曲线并不沿着原来路径返回，而是形成一个滞回圈。随着 温度的升高，滞回圈的面积逐渐减小。这说明随着温度的升高，高凝油的触变性在减弱。 在6 0 时，滞回圈消失，这时高凝油的触变性消失。 曹台潜山高凝油具有触变性的原因是：原油在受到剪切时，原油体系中的蜡晶颗粒 的大小、形状、排列取向等发生变化需要一定的时间才能逐渐调整到与流动阻力相适应 的状态。在停止剪切作用后，体系内的大分子、小颗粒由于范德华引力起主要作用而发 生缔合或恢复，逐渐恢复到内能最小的稳定状态，又形成较稳定的结构。 3 3 曹台潜山高凝油表观粘度与剪切速率的关系 曹台潜山高凝油具有剪切变稀的特性，粘度会随着剪切速率的增加而降低，在非常 低的剪切速率范围内粘度下降很快，在高剪切速率情况下，粘度近似于不变。曹台潜山 高凝油表观粘度和剪切速率的关系( 如图3 - 4 所示) 。 产生上述现象的原因是：曹台潜山高凝油粘度的成因是由于高凝油中长链分子或颗 粒本身的性质产生的，高凝油在静止时，长链分子细长纤维呈杂乱卷曲状态。随着剪切 的进行，它们沿流动方向排列起来，剪切速率越大，定向排列越整齐，流动阻力越小， 表观粘度也就越小。随着剪切速率的增加，呈杂乱卷曲状态的长链分子细长纤维沿剪切 方向有序排列起来，表观粘度下降，当剪切速率足够大时，这些杂乱卷曲分子已经最大 限度伸展和定向排列，表观粘度也达到了平衡，此时再增大剪切速率，表观粘度的变化 幅度很小。所以高凝油一旦能流动起来，粘度立即下降并且趋于稳定。 2 5 0 2 0 0 r d ：1 5 0 四 。一 掣1 0 0 椠 5 0 o 0l o2 03 04 05 06 0 剪切速率( 1 s ) 图3 - 4 曹台潜山高凝油在5 l 时表观粘度与剪切速率的关系 西安石油大学硕 ：学位论文 3 4 温度对曹台潜山高凝油渗流特征的影响 粘度是反映流体在流动过程中内摩擦阻力大小的参数，原油的粘度直接影响它在地 下的渗流能力，所以原油粘度是反映原油的流动性能的重要参数之一。高凝油的粘度与 蜡含量、胶质和沥青质的含量密切相关，通常高凝油中含蜡、胶质和沥青质越多，其粘 度越高。 曹台潜山高凝油具有含蜡量高、凝同点高的特点。蜡对温度极为敏感，当温度高于 蜡的熔点是液态，低于蜡的熔点是固态。因而其粘温曲线在坐标纸上呈现三段折线式特 征，这是曹台潜山高凝油一个独特的性质( 如图3 5 所示) 。 图3 5 曹台潜山高凝油粘温曲线 从图3 5 中可以看出，三段折线分别对应三个温度区域。两个折点a 和b 分别对应 于原油临界温度即凝同点( 4 6 ) 和析蜡温度( 5 0 ) 。当原油温度高于析蜡温度，蜡为 液态全部溶解在原油中，其粘度随温度而变化，但变化幅度相对较小，具有牛顿流体特 性；随着温度降低，当原油温度处于析蜡温度和临界温度之间，原油中的蜡依照分子量 的大小依次析出，蜡一部分为可流动的液态，另一部分为固态，呈分散相。这时粘度仍 是温度的函数，流体仍具有牛顿流体特性，但是粘温曲线的斜率发生了变化。当原油温 度在临界温度以下时，原油粘度不再是温度的单一函数，而是温度和剪切速率两者的函 数。析出的蜡增多结晶成网格而不能流动，此时原油为非牛顿流体，原油只有在外加剪 切力足以克服其结构强度之后才能流动。 由于高凝油的粘度对温度极为敏感，而粘度又是影响高凝油渗流特征的一个至关重 要的因素，所以说温度的变化在很大程度上影响着高凝油的渗流特征。 用渗透率相近的两个岩样( 渗透率分别为5 0 2 x 1 0 弓g m 2 、3 0 o x l 0 弓岬2 ) ，在不同的 温度下( 5 5 、7 0 ) 做驱替试验，得出相对渗透率曲线( 如图3 - 6 、3 - 7 所示) 。 2 4 第三章曹台潜山高凝汕汕藏流体特征分析研究 从图3 - 6 、图3 7 中可以看出，随着实验温度的升高，曲线形态逐渐向右偏移，水相 和油相交渗点含水饱和度增加。例如温度为5 5 时，两相交点含水饱和度为4 3 ，温度 为7 0 。c 时，两相交点含水饱和度为5 0 。油水两相区跨度增加，残余油饱和度降低，水 相和油相在交渗点处的相对渗透率值降低。 l o o 8 0 i 6 0 蝌 憋 靛4 0 幂 2 0 o 1 0 0 8 0 更 薅6 0 蝌 躞 芟4 0 口 * 2 0 o o 2 04 06 08 0l o o 含水饱和度( ) 图3 - 65 5 。c 时的相对渗透率曲线 o 2 04 06 08 01 0 0 含水饱和度( ) 图3 - 77 0 时的相对渗透率曲线 可以计算出在5 5 。c 、7 0 。c 下的驱替效率分别为4 4 2 8 和5 2 3 8 。由于实验所用的 温度正好处在蜡熔点的两侧。造成驱替效率不同的原因是： ( 1 ) 岩心驱替效率除和岩心渗透率、孔隙结构有关外，还和原油粘度密切相关。高凝 油的粘度受温度影响很大。随着温度的升高，原油粘度降低，油水粘度比变小，而油水 粘度比又直接影响到驱油效率。油水粘度比大，容易形成水的突进，水驱前缘后面有较 多的剩余油，驱替效率不高。油水粘度比小，容易形成较均匀的推进前缘，驱替效率也 2 5 西安石油人硕l j 学位论文 较高。 ( 2 ) 在5 5 时，高凝油中还存在部分蜡晶没有被完全溶解，石蜡堵塞了部分细小喉 道，使渗透率降低。另外此时高凝油系统为液态和固态石蜡颗粒构成的混悬液，该混悬 液表现出明显的非牛顿性，高凝油系统只有在一定的剪切应力下使石蜡晶体产生剪切变 形之后才能流动，渗流阻力较大。当温度为7 0 。c 时，蜡晶完全溶解，原油表现出牛顿流 体的流动特点，渗流阻力减小。 当高凝油中含有蜡的晶体时，高凝油具有剪切变稀的特性。所以，此时高凝油的粘 度是温度和剪切应力二者的函数。当温度在蜡熔点以上时，粘度只是温度的函数。 3 5 小结 曹台潜山油藏原油具有典型的高含蜡、高凝固点特征，原油物化性质显示原油成熟 度较高，基本未发生降解，属于正常的成熟型原油。但是由于曹台潜山油层温度低( 有 些油层温度低于原油析蜡温度，甚至低于原油凝固点) ，使得在油藏条件下原油呈凝固或 半流动状态，流动性较差。对该油藏进行常规注水开采时，储层原油中的蜡晶析出后易 堵塞流体渗流通道。通过实验研究发现，曹台潜山高凝油具有剪切变稀的特性，粘度会 随着剪切速率的增加而降低。同时高凝油对温度极为敏感，随着实验温度的增加，原油 粘度降低，油水相相对渗透率曲线形态逐渐向右偏移增加，残余油饱和度降低，水相和 油相在交渗点处的相对渗透率值降低，驱油效率升高。因而，可以采用热采技术来开发 曹台潜山高凝油油藏。 第四章曹台潜山高凝油油藏开采工艺分析 第四章曹台潜山高凝油油藏开采工艺分析 曹台潜高凝油油藏原油凝同点高，含蜡量高，粘度大，储层温度低，渗流阻力大， 原油在地层中呈凝同或半流动状态，采用常规方法开采时原油中的蜡晶析出后易于堵塞 流体流动通道，使生产无法正常进行。同时，曹台潜l j l 储层孔隙几乎不发育，基质渗透 率低。储层裂缝系统比较发育，其发育范围广，多方向、多角度的裂缝彼此交错沟通， 呈网状分布，但发育极不均匀，造成储层严重的非均质性。储层属于低孔、低渗类型， 裂缝和基质的交互渗流困难，特别是该潜i i i 基岩破碎严重，造成了储层中油气与岩石粉 末或粘土质混杂在一起，使潜山储层的非均质性加强，体现出油井供液不足的特点。 针对曹台潜山高凝油油藏原油的性质和渗流特征，本文提出采用热力采油的重要强 化采油方法一蒸汽吞吐工艺技术，对曹台潜l i j 高凝油油藏进行开发研究。注入的高温 高压蒸汽不仅能够保持并提高油藏的压力，而且能够大幅度降低原油粘度，减小流动阻 力，有效地提高油藏的动用程度。目前曹台潜山高凝油油藏仍处于先导试验阶段，一直 未正式投入开采，而蒸汽吞吐独特的开采原理和开采特点使其成为曹台潜【高凝油油藏 初始开采阶段的首选工艺技术。同时，针对曹台潜山高凝油油藏复杂的地质特征，提出 采用水平井和水力压裂- t 艺技术进行生产，使水平井段和压裂裂缝与天然裂缝有效沟通， 增强油藏向油井的供液能力。同时，水平井段和压裂裂缝为蒸汽提供了注入通道，可以 将蒸汽注入到较远的油藏区域，扩大油层的加热范围，并充分利用重力分离作用，提高 油层的可动用程度。 4 1 蒸汽吞吐工艺采油原理 4 1 1 蒸汽吞吐工艺基本原理 蒸汽吞吐方法又叫循环注蒸汽方法( c y c l i cs t e a ms t i m u l a t i o n ) 或油井激励方法，就是 周期性地将一定数量的高温高压湿饱和蒸汽注入油层，然后关井焖井数天，将油层中一 定范围内的原油加热降粘后，开井回采。蒸汽吞吐作业的过程可分为三个阶段，即注汽、 焖井及回采，蒸汽吞吐工艺过程见示意图4 - 1 。 蒸汽吞吐过程中的传热介质包含物理的、化学的、热动力学的各种现象，是一个十 分复杂的综合作用过程，同时也是一个具有不同流动梯度的非稳定渗流过程。蒸汽吞吐 的采油原理主要包括： ( 1 ) 油层中原油加热后粘度大幅度降低，流动阻力大大减小。粘温敏感性是高凝油热 采的主要机理。 ( 2 ) 对于压力较高的油层，油层的弹性能量在加热油层后会充分释放出来，成为驱动 能量。 ( 3 ) 解堵作用。高温蒸汽对岩石的冲刷可以解除由微小同体、沥青沉淀物以及石蜡沉 淀物等所引起的近井地带的各类堵塞，尤其是第一周期，解堵起到了非常重要的作用。 两安石油人学硕，l 学位论文 0 ) 注汽 彻焖井( c ) 回采 图# - i 磊汽吞吐工艺过程描述睐源干斯伦贝谢 ) ( 4 ) 降低界面张力，改善液阻和气阻效应( 贾敏效应) ，降低流动阻力。 ( 5 ) 流体和岩石的热膨胀作用( 例如回采过程中，蒸汽的膨胀，咀及部分高压凝结水 由于突然降压闪蒸为蒸汽) 使得孔隙体积减小，增加产出量。 ( 6 ) 开井生产后，带走大量热量，但油层、盖顶层及央层中蓄留一定的余热对下一 周期的吞吐起到预热作用；加热带附近的冷油缓慢补充进入降压的加热带过程中，余热 将降低冷油的粘度，使原油向井底的流动可以延续很长时间。 ( 7 ) 地层中的原油在高温蒸汽下产生某种程度的蒸馏裂解作用，使得原油轻馏分增 加，起到一定的溶剂抽提作用。 ( 8 ) 对于厚油层，热原油流向井底时，除了油层压力驱动外，还受到重力驱动作用。 ( 9 ) 高温蒸汽改变岩石的润湿性，油水相对渗透率变化，增加了流向井底的可动油。 ( 1 0 ) 放大压差作用，这是蒸汽吞吐开采机理发挥效力的必要条件。 4 1 2 蒸汽吞吐工艺的特点 蒸汽吞吐是目前主要的热采方法之一，是提高原油采收率的重要手段，其开采优点 主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 注热过程中的加热降粘和热膨胀作片j ，可以大幅度降低原油粘度，大大增强原油 的流动性； ( 2 ) 蒸汽吞吐过程中压力扰动可以增强裂缝和基质系统渗吸、驱替作用； ( 3 ) 对于裂缝发育的油藏，蒸汽吞吐开采方式可以降低裂缝水窜，还可以将裂缝的不 利因素转变为有利因素。因为裂缝越发育，基质岩块越小，裂缝中流动的蒸汽与基质接 触的面积就越大，蒸汽加热基质的热效率也就越高则越有利于提高基质中原油的驱油 效率州“。 ( 4 ) 蒸汽吞吐_ t 艺施工简单，收效快，不需要进行特别的试验研究，可以直接在生产 f i 第辑章酋台淆山高轾汕汕减开采i 艺分忻 井实施，边生产边试验。尤其在油层厚，油层埋藏浅井距小，特剐是重力泄油能力达 到经济产量时，蒸汽吞吐可以获得较高的粟收率。 ( 5 ) 蒸汽吞吐足甲井作业，对油藏地质条件的适用范围比较广，经济上的风险比蒸汽 鞲开采小得多“”。此外，对于井问连通性差、原油粘度过高以及含沥青砂、不适蒸汽 驰的油藏，仍辖蒸汽备吐作为一种独立的歼发方式，因而它在热采开发中将继续，1 有重 要的地位。 4 2 曹台潜山高凝油油藏水平井蒸汽吞吐适应性分析 4 2 1 油藏类型适应性分析 水平井是通过扩大油层泄油面积来提高油井产量，提高油田开发效益的一项扦发技 术，是未来油气藏开发的丰要发展方向。水平井开发技术适用于油田开发的全过程，对 开发初期的油田而占，水平井具有产能高、见产快、投资少，回收快的优势：而证f i | 田 进入开发中、后期直井挖潜效益差的情况下利用水平井泄油丽敢大、牛产压差小的特 点，发挥水平井能够抑制含水上升、提高油井产能、提高采收率、节约钻井投资等优势 为已开发油田提供一种经济有效的挖潜途径和手段。水平井结构不意图如图4 - 2 ， 围4 - 2 水平井结构示意圈 由于水平井的这些独特优越性，用水平井开发油气减能解决用垂直井开发失败和效 粜不理想的问趔。水平井开采技术适用于多种油藏类型，如底水油气藏、气项油藏、天 然裂缝性油藏、梢油油藏、低渗透和高渗透油气藏、复杂断块油气藏1 ，目前专家普遍 认为，裂缝性油藏适合于采用水平井技术进行开采，主要原因如下： ( 1 ) 由于水平井增加了井筒在油层中穿越的距离，并尽可能与天然裂缝正交，所以提 高了钻遇裂缝和有效储层的慨率。 ( 2 ) 由于水平井可以钻穿多条裂缝，增大了井筒与裂缝的接触面积，使得泄油面积增 大改善了油层流体的渗穗条件，增加了渗滤通道，进一步提高了油井生产能力。 曹台潜i l i 高凝油油藏属于裂缝性断块油藏，储层孔隙几乎不发育，裂缝较为发育， 西安石油人学硕士学位论文 发育范围广泛，储集岩纵向上发育多段裂缝，且每个裂缝系统不致。裂缝类型以高角 度缝、斜交缝占主体，低角度缝数量较少。高角度缝和斜交缝的大量存在，使储层在垂 直方向连通性较好，水平渗透率和垂向渗透率的比，垂向渗透率较大。采用水平井开采 能够提高裂缝钻遇率，扩大泄油面积，有效沟通裂缝。如果以水平井作为注入井，注入 热介质不仅可以很好地利用高角度缝和斜交缝的渗流作用大范围的加热储层，增加储层 流体的流动能力，还可以有效地提高波及效率和采收率。 4 2 2 地质条件适应性分析 ( 1 ) 油藏深度( h ) ：一般认为水平井适应深度丰要受钻机能力、测试条件及经济可行性 限制，从辽河油区水平井适应性筛选标准来看其油藏适应深度为5 0 0 - - - 5 0 0 0 m 口3 ，而曹台 潜山油藏深度为4 0 0 - - 1 8 0 0 m ，平均1 6 0 0 m 左右，因此适合打水平井。 ( 2 ) 油层厚度( 1 1 ) ：根据国外控制井深轨迹的水平，要求油层厚度大于3 m ，国内技术水 平要求油层厚度在3 - - 一5 0 m 之间。曹台潜l lj 油藏油层厚度最薄的2 m ，最厚的4 2 m ，平均 为1 6 m 左右，因此非常适合打水平井。 ( 3 ) 水平渗透率与垂直渗透率( 七。忌，) 比值：根据美国的水平井钻井经验，要求该项参 数h 七。k 。小于1 0 0 。它主要反映油层各向异性程度，目的是限制油层厚度不能太大， 垂直渗透率不能太低。曹台潜山h 七。k ，约为1 6 左右，在要求范围之内。 ( 4 ) 地层系数( k h ) ：根据国外水平井钻井经验，当k h 小于2 0 x 1 0 。3 m 2 - m 时，油层 渗透率较低，绝对产量也不高，必须采取增产措施，否则经济效益会很低。因此，要求 采用水平井开采时地层系数k h 大于2 0 x 1 0 。3 9 m 2 m 。曹台潜山大多数岩。t l , 基质渗透率接 近于l x l 0 - 3 9 m 2 ，但裂缝渗透率相对较高，变化范围为2 5 1 8 0 0 x 1 0 。3 岬2 。因此k h 大 于2 0 x1 0 。3 9 m 2 m ，符合水平井开采的条件。 ( 5 ) 油层压力与原始压力比值：采用水平井开采时要求油层压力与原始压力比值大于 0 5 。曹台潜山目前处于先导试验开发阶段，尚未进行大规模开采，油层压力与原始压力 比值约为0 9 6 ，这一点完全符合水平井开采要求。 4 3 曹台潜山高凝油油藏水力压裂技术 4 3 1 水力压裂工艺过程 水力压裂是油气井增产、注入井增注的一项重要技术措施，广泛应用于低渗透油气 藏，为提高低渗储量动用程度与开发效益提供了重要的途径与手段。水力压裂是由高压 泵将压裂液以超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底造成高压，当此压力大于井壁 附近的地应力和地层岩石抗张强度时，便在井底附近地层产生裂缝，裂缝向前延伸并由 支撑剂对其进行支撑，从而形成具有一定几何形状的支撑裂缝，最终实现增产日的。水 力压裂过程如图4 - 3 所示。 第p q 章曹台潜l i i 高凝油油藏开采t 艺分析 图4 - 3 水力压裂过程示意图( 来源于万仁溥 ) 4 3 2 水力压裂增产增注的原理 曹台潜山高凝油油藏水力压裂增产增注的主要原理如下： ( 1 ) 通过降低井底附近地层中流体的渗流阻力和改变流体的渗流状态，使原来的径 向流动改变为油层与裂缝近似性的单向流动和裂缝与井筒间的单向流动，消除了径向节 流损失，大大降低了能量消耗，因而油气井产量或注入井注入量就会大幅度提高。 ( 2 ) 曹台潜山高凝油油藏裂缝较为发育，如果水力裂缝能够连通油气层深处的产层 和天然裂缝，水力裂缝与井筒所组成的系统，与油层连通的面积远大于无水力裂缝时井 筒的面积，显著降低了油层的渗流阻力，提高近井地带导流能力，则增产的效果会更明 显。 ( 3 ) 水力压裂产生的裂缝给蒸汽提供了注入通道，对井底附近受损害的油气层有解 除堵塞的作用，降低了蒸汽向油井远端流动的阻力，提高了蒸汽注入量，扩大了油层的加 热范围。 ( 4 ) 通过控制水力裂缝的启裂部位，可以有效利用蒸汽超覆，达到重力泄油的目的。 在水力压裂增产增注的同时，应注意水力压裂对油藏所带来的“冷伤害”问题。曹台 潜l i j 高凝油油藏地层温度低，与析蜡温度之差非常小，为易受冷伤害的高凝油油藏。在 高凝油油藏的压裂施工中，对地层注入冷流体会使井底周围的原油冷却，导致原油析蜡或 凝固，从而堵塞流动通道，降低裂缝的导流能力。为了解决压裂液对高凝油储层及裂缝的 “冷伤害”问题，借鉴国内外利用热化学方法对高含蜡油井成功解堵的经验，可采用自生 热压裂技术，热压裂液避免油藏冷伤害，并向油层提供一定热量，降低原油粘度，提高原油 流动能力。 西安石油人学硕：i ：学位论文 4 4 小结 通过分析研究发现：( 1 ) 蒸汽吞吐具有工艺简单、收效快、适用范围广等优点，尤其 是对于曹台潜i i j 这样的裂缝性高凝油油藏，可以降低裂缝水窜，将不利因素转变为有利 因素，提高原油采收率；( 2 ) 曹台潜山裂缝系统较发育，采用水平井和水力压裂技术，使 水平井段和压裂裂缝与天然裂缝有效沟通，扩大油层的连通面积和泄油面积，增加储层 流体的流动能力，有效地提高油藏的开发效果。因此，本文采用蒸汽吞吐开采工艺技术， 对曹台潜山高凝油油藏实施直井、水平井和压裂直井蒸汽吞吐方式进行开采，优化三种 生产方式下的合理注采参数。 第五章直井蒸汽吞吐工艺注采参数优化 第五章直井蒸汽吞吐工艺注采参数优化 要提高蒸汽吞吐开采的技术经济效果，必须针对油藏的地质条件，优化蒸汽吞吐工 艺注采参数。本章以蒸汽吞吐采油原理为理论基础，通过对曹台潜山高凝油油藏蒸汽吞 吐生产动态的研究，采用数值模拟技术论证直井蒸汽吞吐工艺注采参数( 蒸汽干度、注 汽速度、注汽量、焖井时间以及生产排液速度) 对开发效果的影响，优化出适合于曹台 潜山高凝油油藏的注采参数。 5 1 直井蒸汽吞吐模型的建立 5 1 1 直井地质模型的建立 根据目前曹台潜山变质岩油藏具体的地质特征和生产状况，选取具有代表性的曹2 井进行模拟研究。曹2 井射孔井段为1 0 0 0 - - - - 1 8 1 1 2 9 m ( 5 5 1 1 m 4 1 层) ，目前采取封下采 上的合注合采的注汽生产方式，即注汽生产井段为1 0 0 0 , - - 一1 5 1 0 m 。曹2 井注汽和放喷后 转抽管柱图如图5 1 、图5 2 所示。 油补距：2 8 5 套补距：3 1 7 油补距：2 8 5套柏毫：3 1 7 j 真：亡l热 【 僻暂壹? 、 鬈 瀑彰封i j 。喇叫口! 1 o nj jol l l o a 1 4 7 0 1 5 1 0 = ( 注汽 1 5 7 4 翠f f x y 桥塞 1 6 1 61 6 0 2 圄 1 6 4 4 1 6 2 6 ld 0 0 一1 8 l1 2 1i 米( 1 6 5 4 1 7 3 6 2 ，_ f f f f f f f f _ ，人工一 1 8 2 2z 由1 7 【 1000 一一 剃 12601230 本 4 4 1 4 7 01 4 5 8 又 睦 1 5 1 0 二， 拽 1 5 7 4 v x 职 塞 1616 1 6 0 2 1 6 4 41 6 2 61 】0 0 - 1 8 1 1 2 m 6 垮5 4 | ，# ， ， 工 1822z 1 7 图5 1 曹2 井注汽管柱图图5 - 2 曹2 井放喷后转抽管柱图 曹2 井具体生产层段如表5 1 所示。曹2 井数值模拟模型采用笛卡儿坐标网格系统， 根据生产层段电测解释将油层划分为1 0 个小层，网格维数2 1x 2 1x l o ，网格节点为4 4 1 0 个。曹2 井蒸汽吞吐数值模拟网格模型如图5 - 3 所示。 西安“油大学硬士学位论文 井号井段( m )厚度( m 1电测解群 3 0 油层 1 0 1 0 8 05 0油层 2 2油层 1 2 8油层 3 0低产油层 曹2 1 2 6 1 3 8 01 2 0低产油层 1 3 8 0 一1 4 2 0低产油层 油层 1 4 5 一1 4 7 0低产油层 油层 圈5 0 2 井笼统注汽地质捶型 5 1 2 基础参数 f 1 1 岩石及流体热物性参数 在进行热采数值模拟计算时，地层岩石及流体的热物性参数是必不可少的重要参数 模拟计算所使用的岩石及流体热物性数据见表5 - 2 所示。 枷鼬啦 置 脚i 写脚m m 辨胛朋 一西疆墨蹬i- 第j k 章商井蒸汽吞吐工艺注采参数优化 表5 - 2 流体及岩石物性参数 参数数据参数数据 油的密度( g e r a 3 ) 0 8 6 1 5 岩石的压缩系数( m p a1 )5 5 x1 0 。4 油的比热( k j k g k ) 2 9 9 岩石热导率o ，( w m - 1 k 。) 0 9 9 油的压缩系数( m p a l ) 1 5 l o 。 水的压缩系数( m p a l ) 4 2 1 0 4 油热膨胀系数( j k ) 1 0 x 1 0 5 水的密度( g c m 3 ) 1 0 3 2 油热导率o ，( w m k 1 ) 0 1 9 水热膨胀系数( j k g ) 7 2 x 1 0 4 岩石的比热( k j k g k ) 1 0 3 5 水的体积系数 1 0 9 l ( 2 ) 孔渗饱参数 曹台潜山油藏为裂缝性双重介质油藏，但岩性致密，储集岩物性差。孔隙度、渗透 率、饱和度如表5 3 、5 4 所示。 表5 3 基质和裂缝系统的孔隙度、渗透率 裂缝孔隙度基质孔隙度总孔隙度基质渗透率裂缝渗透率 井号 ( )( ) ( ) ( 1 0 3 9 m 2 )( 1 0 3 9 m 2 ) 曹2 0 2 3 96 9 47 1 89 7 l2 0 0 表5 4 基质和裂缝系统的含油饱和度、含水饱和度 介质系统 含油饱和度s o ( 小数)含水饱和度s w ( 小数) 裂缝系统 0 8o 2 基质系统 o 7o 3 ( 3 ) 粘温曲线 参考中华人民共和国石油天然气行业标准s y t 7 5 4 9 2 0 0 0 ) ) 用旋转粘度计测定原 油在不同温度下的粘度，并绘制粘温曲线( 如图5 4 所示) 。 图5 4 曹2 井原油粘温曲线 两安石油人学硕f j 学位论文 拟最 ( 4 ) 相对渗透率曲线 油水相对渗透率曲线是描述水驱油特征的基本曲线，是油藏- 1 ：程计算、油藏数值模 图5 5 曹2 井基质相对渗透率曲线 u 0 6 0 5 i 籁0 4 壶0 3 o 2 o 1 u t 00 10 20 30 40 50 60 70 80 9】 s w ( d , 麴 图5 - 6 曹2 井裂缝相对渗透率曲线 5 2 生产动态历史拟合 生产动态历史拟合工作是油藏数值模拟的重要环节。通过生产史拟合，可以对所建 立的地质模型、流体的物性参数、数值模拟模型等进行重新认识，为今后的油气藏工程 研究、动态预测提供可靠的基础。 曹2 井于2 0 0 7 年7 月进行了蒸汽吞吐试验，于2 0 0 7 年9 月完成第一个周期的注汽 生产。本文针对曹2 井第一个周期的注汽生产情况进行生产动态历史拟合，拟合结果如 图5 7 图5 - 9 所示。 3 6 第f i 章直井蒸汽吞吐1 二艺注采参数优化 1 00 8 0 6 0 4 0 2 0 0o 1 1 0 0 o 2 0 0 7 7 - 2 42 0 0 7 - 8 - 1 32 0 0 7 9 - 22 0 0 7 9 _ 2 22 0 0 7 1 0 _ 1 2 生产时间( d a t e ) 日产油量( 计算值) 累积产油置( 计算值) 日产油罱( 实研、值) 累积产油量( 实际值) 图5 7 曹2 井日产油量、累积产油量历史拟合曲线 2 0 0 7 7 - 2 42 0 0 7 8 1 32 0 0 7 9 22 0 0 7 9 2 22 0 0 7 1 d - 1 2 生产时间d a t e 图5 8 曹2 井日产液量、累积产液量历史拟合曲线 3 7 一ne一珊爱钆拳隧 一n量一删燧k瓢隧 两安石油火学硕j ：学位论文 ，_ l p l r j 宁 古 ， 孛 一 i 宁 一西 蟮 重 v 删 燃 岛 嘣 时同t d 矾e i l 一1 1 硅r 量【计算i 】0 日挂r 量( 重骺伍】i l 一- 扛表挂汽量【计蔓值】 o 囊积挂汽星【委聒僵】i 图5 - 9 曹2 井日注汽量、累积注汽量历史拟合曲线 根据对曹2 井生产历史拟合结果的分析，该井生产历史得到了较好的拟合，可以认 为数值模拟模型参数和历史拟合结果是可靠的，所建立的模拟模型能够反映油藏的真实 情况，可以用于对该井进行蒸汽吞吐注采工艺参数优化。 5 3 注采参数优化层位选择 将1 0 0 0 - - 1 5 l o m 油层划分为两部分，1 0 0 0 - - - 1 1 0 2 m 为上部层段，1 1 0 2 - - 1 5 l o m 为下 部层段。根据目前油层电测解释和吸汽综合解释成果发现，曹2 井1 7 - - 2 9 号油层1 0 0 0 - - 1 0 3 0 m 井段吸汽效果好，通过计算该井段吸汽量占总吸汽量的6 0 2 2 ；1 7 - - , 2 9 号油层 1 0 3 0 - - - 1 0 8 0 m 井段吸汽较好，吸汽量占总吸汽量的2